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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023169973
(43)【公開日】2023-12-01
(54)【発明の名称】複合スイッチ回路
(51)【国際特許分類】
H02M 1/00 20070101AFI20231124BHJP
【ＦＩ】
H02M1/00 F
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022081356
(22)【出願日】2022-05-18
(71)【出願人】
【識別番号】000005234
【氏名又は名称】富士電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110003177
【氏名又は名称】弁理士法人旺知国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】日野 晃裕
(72)【発明者】
【氏名】山田 隆二
【テーマコード（参考）】
5H740
【Ｆターム（参考）】
5H740BA02
5H740BB01
5H740BC01
5H740BC02
5H740MM03
(57)【要約】
【課題】スイッチング素子の多段直列による高耐圧化を図りつつ、低コスト化および小型化を実現する。
【解決手段】直流電源の電圧Ｅに直列接続されたスイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２と、スイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２の直列回路に並列接続されたスナバ回路ＳＣと、を有し、スイッチング素子Ｕｎ１は、自己消弧機能を有し、スイッチング素子Ｕｎ２は、自己消弧機能を有さず、スナバ回路ＳＣは、コンデンサーＣ１とリアクトルＬ１との直列回路を含む。
【選択図】図１
【解決手段】直流電源の電圧Ｅに直列接続されたスイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２と、スイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２の直列回路に並列接続されたスナバ回路ＳＣと、を有し、スイッチング素子Ｕｎ１は、自己消弧機能を有し、スイッチング素子Ｕｎ２は、自己消弧機能を有さず、スナバ回路ＳＣは、コンデンサーＣ１とリアクトルＬ１との直列回路を含む。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流電源に直列接続された複数のスイッチング素子と、
前記複数のスイッチング素子の直列回路に並列接続されたスナバ回路と、
を有し、
前記複数のスイッチング素子のうち、
少なくとも１つは自己消弧機能を有し、
少なくとも１つは自己消弧機能を有さず、
前記スナバ回路は、
コンデンサーとインダクタンス成分との直列回路を含む
ことを特徴とする複合スイッチ回路。
前記複数のスイッチング素子の直列回路に並列接続されたスナバ回路と、
を有し、
前記複数のスイッチング素子のうち、
少なくとも１つは自己消弧機能を有し、
少なくとも１つは自己消弧機能を有さず、
前記スナバ回路は、
コンデンサーとインダクタンス成分との直列回路を含む
ことを特徴とする複合スイッチ回路。
【請求項2】
前記直流電源の電圧がＥであり、
前記直列接続された複数のスイッチング素子の個数がＮ（Ｎは２以上の整数）であれば、
前記自己消弧機能を有するスイッチング素子の耐圧、および、前記自己消弧機能を有しないスイッチング素子の耐圧は、
それぞれＥ／Ｎ以上Ｅ未満である
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
前記直列接続された複数のスイッチング素子の個数がＮ（Ｎは２以上の整数）であれば、
前記自己消弧機能を有するスイッチング素子の耐圧、および、前記自己消弧機能を有しないスイッチング素子の耐圧は、
それぞれＥ／Ｎ以上Ｅ未満である
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
【請求項3】
前記インダクタンス成分は、
配線の寄生インダクタンスである
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
配線の寄生インダクタンスである
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
【請求項4】
前記複数のスイッチング素子に直列に接続されたリアクトルを有し、
前記スナバ回路は、
前記複数のスイッチング素子および前記リアクトルの直列回路に並列接続される
ことを特徴とする請求項１または３に記載の複合スイッチ回路。
前記スナバ回路は、
前記複数のスイッチング素子および前記リアクトルの直列回路に並列接続される
ことを特徴とする請求項１または３に記載の複合スイッチ回路。
【請求項5】
前記スナバ回路は、
前記コンデンサーとインダクタンス成分とに直列に接続された抵抗を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
前記コンデンサーとインダクタンス成分とに直列に接続された抵抗を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
【請求項6】
前記複数のスイッチング素子に、電圧均衡素子が並列接続された
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
ことを特徴とする請求項１に記載の複合スイッチ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、例えば、回路全体の高耐圧化を図りつつ、自己消弧能力を有しないスイッチング素子を、簡素な回路構成で消弧させる技術に関する。
【背景技術】
【0002】
直流電力を交流電力に変換するＤＣ／ＡＣ変換回路では、スイッチング素子としてＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）などの自己消弧能力を有する素子が適用されつつある。また、高耐圧化を実現するために、自己消弧能力を有するスイッチング素子を多段直列する技術も一般的である。ただし、自己消弧能力を有する素子を適用した構成では、素子自体が高価であるので、高コスト化を招き、多段直列する技術では特に顕著になる。そこで、スイッチング素子として以前より使用されていたサイリスタの適用が検討されている。
【0003】
しかしながら、サイリスタは周知のように自己消弧能力を有しない。このため、サイリスタをターンオフさせるためには、当該サイリスタを強制的に消弧させる強制転流回路が別途必要になる（例えば特許文献１参照）。
スイッチング素子を多段直列した構成では、強制電流回路をサイリスタ毎に並列接続して、または、大規模な強制転流回路を多段直列したスイッチング素子に並列接続して、別途設ける必要がある。
スイッチング素子を多段直列した構成では、強制電流回路をサイリスタ毎に並列接続して、または、大規模な強制転流回路を多段直列したスイッチング素子に並列接続して、別途設ける必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開昭６２－１２３７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
このため、自己消弧能力を有しないスイッチング素子を適用する場合、回路構成が複雑化し、大型化するという課題がある。このような事情に鑑みて、本発明の目的は、スイッチング素子の多段直列による高耐圧化を図りつつ、低コスト化および小型化を実現する技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一態様に係る複合スイッチ回路は、スイッチ回路は、直流電源の電圧間に直列接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の直列回路に並列接続されたスナバ回路と、を有し、前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも１つは自己消弧機能を有し、少なくとも１つは自己消弧機能を有さず、前記スナバ回路は、コンデンサーとインダクタンス成分との直列回路を含む。
この態様に係る複合スイッチ回路によれば、スイッチング素子を多段直列した構成において、自己消弧能力を有しないスイッチング素子の消弧を低コスト化、小型化して実現することが可能になる。
この態様に係る複合スイッチ回路によれば、スイッチング素子を多段直列した構成において、自己消弧能力を有しないスイッチング素子の消弧を低コスト化、小型化して実現することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【図1】実施形態に係る複合スイッチ回路の構成を示す図である。
【図2】複合スイッチ回路の動作を説明するための図である。
【図3】複合スイッチ回路における電圧／電流変化を示す図である。
【図4】複合スイッチ回路の第１変形例を示す図である。
【図5】複合スイッチ回路の第２変形例を示す図である。
【図6】複合スイッチ回路の第３変形例を示す図である。
【図7】複合スイッチ回路の第４変形例を示す図である。
【図8】第１比較例に係るスイッチ回路の構成を示す図である。
【図9】第２比較例に係るスイッチ回路の構成を示す図である。
【図10】第３比較例に係るスイッチ回路の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0008】
以下、本発明の実施形態に係る複合スイッチ回路について図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係る複合スイッチ回路１０の構成を示す図である。
この図に示されるように、複合スイッチ回路１０は、直流電源の電圧Ｅが印加された正極Ｐと負極Ｎとの間において、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路と、当該直列回路に並列接続されたスナバ回路ＳＣと、を有する。
図１は、実施形態に係る複合スイッチ回路１０の構成を示す図である。
この図に示されるように、複合スイッチ回路１０は、直流電源の電圧Ｅが印加された正極Ｐと負極Ｎとの間において、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路と、当該直列回路に並列接続されたスナバ回路ＳＣと、を有する。
【0009】
スイッチング素子Ｕｎ１は、自己消弧機能を有するスイッチング素子である。自己消弧機能を有するスイッチング素子とは、素子のオン状態およびオフ状態をゲート信号によって切り替え可能なものをいい、例えばＧＴＯ（Gate Turn-Off thyristor）、ＩＧＣＴ（Integrated Gate Commutated Turn-off thyristor）などが挙げられる。
スイッチング素子Ｕｎ２は、自己消弧機能を有しないスイッチング素子である。自己消弧機能を有しないスイッチング素子としては、例えばサイリスタが挙げられる。
スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２には、図示省略した上位装置から、例えば共通のゲート信号が供給される。
スイッチング素子Ｕｎ２は、自己消弧機能を有しないスイッチング素子である。自己消弧機能を有しないスイッチング素子としては、例えばサイリスタが挙げられる。
スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２には、図示省略した上位装置から、例えば共通のゲート信号が供給される。
【0010】
本実施形態において、スナバ回路ＳＣは、コンデンサーＣ１とリアクトルＬ１との直列回路により構成される。後述するように、リアクトルＬ１は、スナバ回路ＳＣの配線に寄生するインダクタンス成分を用いることができるが、本実施形態では、部品としてのリアクトルＬ１を用いている。
【0011】
図２は、複合スイッチ回路１０の動作を説明するための図である。
便宜的に、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２のオン時において、正極Ｐから負極Ｎに向かって流れる電流をＩとし、電流Ｉのうち、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路に流れる電流をＩ１とし、スナバ回路ＳＣに流れる電流をＩ２とする。すなわち、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２である。
また、スイッチング素子Ｕｎ２において順方向に流れる電流をＩ１２とする。
便宜的に、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２のオン時において、正極Ｐから負極Ｎに向かって流れる電流をＩとし、電流Ｉのうち、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路に流れる電流をＩ１とし、スナバ回路ＳＣに流れる電流をＩ２とする。すなわち、Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２である。
また、スイッチング素子Ｕｎ２において順方向に流れる電流をＩ１２とする。
【0012】
スイッチング素子Ｕｎ１にバイアスされる電圧をＶｕｎ１とし、スイッチング素子Ｕｎ２にバイアスされる電圧をＶｕｎ２とする。また、スナバ回路ＳＣのコンデンサーＣ１における両端の電圧をＶｃ１とし、リアクトルＬ１における両端の電圧をＶＬ１とする。
なお、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路の両端電圧（Ｖｕｎ１＋Ｖｕｎ２）は、スナバ回路ＳＣの両端電圧（Ｖｃ１＋ＶＬ１）に等しいので、スイッチング素子Ｕｎ２においてバイアスされる電圧Ｖｕｎ２は、（Ｖｃ１＋ＶＬ１－Ｖｕｎ１）である。
なお、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路の両端電圧（Ｖｕｎ１＋Ｖｕｎ２）は、スナバ回路ＳＣの両端電圧（Ｖｃ１＋ＶＬ１）に等しいので、スイッチング素子Ｕｎ２においてバイアスされる電圧Ｖｕｎ２は、（Ｖｃ１＋ＶＬ１－Ｖｕｎ１）である。
【0013】
また、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２がオフ状態であって、電圧不均衡が生じないという理想状態であれば、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２にそれぞれ印加される電圧は、半分ずつのＥ／２になる。
【0014】
図３は、複合スイッチ回路１０における電圧変化および電流変化を示す図である。
複合スイッチ回路１０の動作は、期間（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に大別される。このうち、期間（Ａ）は、スイッチング素子Ｕｎ１の遮断期間であり、自己消弧機能を有するスイッチング素子Ｕｎ１がターンオフするタイミングｔ１から、電流Ｉ１２に流れる電流がゼロに到達するタイミングｔ２までの期間である。期間（Ｂ）は、スイッチング素子Ｕｎ２の遮断期間であり、タイミングｔ２から、電圧Ｖｕｎ２がゼロになるタイミングｔ３までの期間である。期間（Ｃ）は、スナバ回路ＳＣにおけるコンデンサーＣ１の充電期間であり、タイミングｔ３以降の期間である。
複合スイッチ回路１０の動作は、期間（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）に大別される。このうち、期間（Ａ）は、スイッチング素子Ｕｎ１の遮断期間であり、自己消弧機能を有するスイッチング素子Ｕｎ１がターンオフするタイミングｔ１から、電流Ｉ１２に流れる電流がゼロに到達するタイミングｔ２までの期間である。期間（Ｂ）は、スイッチング素子Ｕｎ２の遮断期間であり、タイミングｔ２から、電圧Ｖｕｎ２がゼロになるタイミングｔ３までの期間である。期間（Ｃ）は、スナバ回路ＳＣにおけるコンデンサーＣ１の充電期間であり、タイミングｔ３以降の期間である。
【0015】
タイミングｔ１において、スイッチング素子Ｕｎ１がターンオフすると、スイッチング素子Ｕｎ２に流れる電流Ｉ１２が徐々に減少し、やがてタイミングｔ２においてゼロになる。このため、電圧Ｖｕｎ１は、ターンオフのタイミングｔ１から、電流Ｉ１２がゼロになるタイミングｔ２まで上昇する。
なお、上述したようにスイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２がオフ状態であれば、電圧Ｖｕｎ１は、Ｅ／２で均衡する。
なお、上述したようにスイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２がオフ状態であれば、電圧Ｖｕｎ１は、Ｅ／２で均衡する。
【0016】
また、スイッチング素子Ｕｎ１がターンオフすると、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２の直列回路に流れていた電流Ｉ１がスナバ回路ＳＣに転流する。このため、スナバ回路ＳＣに流れる電流Ｉ２は、タイミングｔ１におけるゼロから上昇する。ただし、電流Ｉ２は、ピーク値に達した後に、ゼロに向かって徐々に減少する。
リアクトルＬ１では、電圧ＶＬ１が電流Ｉ２の変化率（傾き）に応じて誘起される。なお、電圧ＶＬ１は、図に示されるように、電圧上昇後の下降時に定常時のゼロを下回るアンダーシュートが発生する場合がある。
リアクトルＬ１では、電圧ＶＬ１が電流Ｉ２の変化率（傾き）に応じて誘起される。なお、電圧ＶＬ１は、図に示されるように、電圧上昇後の下降時に定常時のゼロを下回るアンダーシュートが発生する場合がある。
【0017】
一方、スイッチング素子Ｕｎ１がターンオフすると、スナバ回路ＳＣにおいてコンデンサーＣ１では充電が開始するので、電圧Ｖｃ１は電圧Ｅにむかって上昇する。充電による電圧Ｖｃ１の上昇率は、コンデンサーＣ１に流れる電流Ｉ２に比例し、コンデンサーＣ１のキャパシタンスに反比例する。
【0018】
このように期間（Ａ）では、スイッチング素子Ｕｎ１のターンオフにより、スイッチング素子Ｕｎ２に流れる電流Ｉ１２が減少してゼロになり、電流Ｉ２がゼロから上昇し、当該電流Ｉ２に応じて電圧ＶＬ１が誘起される。なお、期間（Ａ）では、スイッチング素子Ｕｎ２の順方向に電流が流れるので、電圧Ｖｕｎ２はゼロである。
【0019】
タイミングｔ２においてスイッチング素子Ｕｎ２に流れる電流Ｉ１２がゼロになると、当該スイッチング素子Ｕｎ２にバイアスされる電圧Ｖｕｎ２は、ゼロから（Ｖｃ１＋ＶＬ１－Ｖｕｎ１）の値で変化する。
本実施形態では、タイミングｔ２の後において、電圧の和（Ｖｃ１＋ＶＬ１）が、電圧Ｖｕｎ１（≒Ｅ／２）よりも低くなるように、コンデンサーＣ１のキャパシタンス、リアクトルＬ１のインダクタンスが設定される。特に、コンデンサーＣ１のキャパシタンスが比較的大きく設定される。
本実施形態では、タイミングｔ２の後において、電圧の和（Ｖｃ１＋ＶＬ１）が、電圧Ｖｕｎ１（≒Ｅ／２）よりも低くなるように、コンデンサーＣ１のキャパシタンス、リアクトルＬ１のインダクタンスが設定される。特に、コンデンサーＣ１のキャパシタンスが比較的大きく設定される。
【0020】
このため、タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間（Ｂ）では、電圧Ｖｕｎ２が負値になるので、スイッチング素子Ｕｎ２には、逆バイアスが印加される。このため、本実施形態では、期間（Ｂ）において、スイッチング素子Ｕｎ１が消弧して、再点弧が防止される。
なお、期間（Ｂ）において、電圧Ｖｃ１は、引き続き電圧Ｅに向かって上昇するので、電圧Ｖｕｎ２はボトム値まで低下した後に上昇する。
なお、期間（Ｂ）において、電圧Ｖｃ１は、引き続き電圧Ｅに向かって上昇するので、電圧Ｖｕｎ２はボトム値まで低下した後に上昇する。
【0021】
電圧Ｖｕｎ２は、タイミングｔ３においてゼロに達し、この後、電圧Ｅ／２で均衡している電圧Ｖｕｎ１を電圧Ｅから差し引いた電圧、すなわち電圧Ｅ／２に向かって上昇する。なお、タイミングｔ３以降であれば、スイッチング素子Ｕｎ１およびＵｎ２はゲート信号によってターンオン可能である。
【0022】
実施形態では、自己消弧機能を有するスイッチング素子の１個と、自己消弧機能を有しないスイッチング素子の１個と、を直列接続した構成としたが、より高圧化に対応するために、直列接続するスイッチング素子の個数を３以上としてもよい。すなわち、直列接続するスイッチング素子の個数は２以上であって、少なくとも１つが自己消弧機能を有するスイッチング素子であればよい。
【0023】
直列接続されたスイッチング素子の個数がＮ（Ｎは２以上の整数）である場合、各スイッチング素子の耐圧は、それぞれ電圧を個数のＮで除したＥ／Ｎ以上であって、かつ、直流電源の電圧Ｅ未満であればよい。換言すれば、直流電源の電圧Ｅに対して、スイッチング素子の各耐圧が、それぞれＥ／Ｎ以上Ｅ未満に抑えられる。
【0024】
ここで、本実施形態に対する優位性を説明するための比較例のいくつかについて説明する。
【0025】
図８は、第１比較例を示す図であり、自己消弧機能を有するスイッチング素子だけが３個直列接続された構成である。自己消弧機能を有するスイッチング素子の価格は、定格がほぼ同じであれば、自己消弧機能を有しないスイッチング素子の価格の約２倍である。このため、第１比較例は、高コストになってしまう。
【0026】
図９は、第２比較例を示す図であり、自己消弧機能を有しないスイッチング素子が直列接続され、スイッチング素子毎に強制転流回路が並列に接続された構成である。第２比較例では、スイッチング素子の分のコストは抑えられるが、強制転流回路がスイッチング素子の個数分だけ必要になるので、回路全体でみれば、高コストになってしまう。
【0027】
図１０は、第３比較例を示す図であり、自己消弧機能を有しないスイッチング素子が直列接続され、スイッチング素子の直列回路に強制転流回路が並列に１つ接続された構成である。第３比較例では、スイッチング素子の分のコストは抑えられるが、強制転流回路に高耐圧が要求されるので、装置の規模が大型化してしまう。
【0028】
これに対して本実施形態によれば、直列接続されるスイッチング素子のうち、少なくとも１つには、高価な自己消弧機能を有するスイッチング素子が必要になるが、他のスイッチング素子は、安価な自己消弧機能を有しないスイッチング素子を用いることができる。
また、本実施形態では、スイッチング素子とは別にスナバ回路ＳＣが必要になるが、直列接続されるスイッチング素子の個数にかかわらず、１個で済み、構成素子についてもコンデンサーＣ１およびリアクトルＬ１で済む。
したがって、本実施形態に係る複合スイッチ回路１０によれば、図８乃至図１０に示される構成と比較して、回路全体でみれば低コスト化および小型化を図ることが可能になる。
また、本実施形態では、スイッチング素子とは別にスナバ回路ＳＣが必要になるが、直列接続されるスイッチング素子の個数にかかわらず、１個で済み、構成素子についてもコンデンサーＣ１およびリアクトルＬ１で済む。
したがって、本実施形態に係る複合スイッチ回路１０によれば、図８乃至図１０に示される構成と比較して、回路全体でみれば低コスト化および小型化を図ることが可能になる。
【0029】
本実施形態では、図１に示される構成に限られず、次のような変形または応用が可能である。
【0030】
図４は、第１変形例に係る複合スイッチ回路１０ａを示す図である。複合スイッチ回路１０ａでは、正極Ｐと負極Ｎとの間に印加される電圧Ｅにおいて、自己消弧機能を有するスイッチング素子Ｕｎ１と、自己消弧機能を有しないスイッチング素子Ｕｎ２、Ｕｎ３と、リアクトルＬ２とが直列に接続され、この直列回路に並列にスナバ回路ＳＣが接続された構成である。
すなわち、第１変形例は、スイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２およびＵｎ３の直列回路に、さらにリアクトルＬ２が直列に接続された構成である。
すなわち、第１変形例は、スイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２およびＵｎ３の直列回路に、さらにリアクトルＬ２が直列に接続された構成である。
【0031】
なお、第１変形例では、便宜的に自己消弧機能を有しないスイッチング素子Ｕｎ３が付加されているが、スイッチング素子の耐圧が許すのであれば、省略可能であるし、さらに自己消弧機能を有しないスイッチング素子、自己消弧機能を有しないスイッチング素子の一方、または、双方を直列接続に加えてもよい。
【0032】
第１変形例では、スイッチング素子Ｕｎ１のターンオフ後において、リアクトルＬ２で誘起される電圧を、スイッチング素子Ｕｎ２に、逆バイアスとして印加することができる。このため、第１変形例によれば、スイッチング素子Ｕｎ１のターンオフ後において、実施形態と比較して確実にスイッチング素子Ｕｎ２およびＵｎ３を消弧させることができる。
【0033】
図５は、第２変形例に係る複合スイッチ回路１０ｂを示す図である。複合スイッチ回路１０ｂは、スナバ回路ＳＣのリアクトルＬ１として、破線で示されるように、配線に寄生するインダクタンスを用いたものである。
第２変形例では、スナバ回路ＳＣに、部品としてのリアクトルＬ１が存在しないので、構成の簡略化および小型化を図ることができる。
第２変形例では、スナバ回路ＳＣに、部品としてのリアクトルＬ１が存在しないので、構成の簡略化および小型化を図ることができる。
【0034】
図６は、第３変形例に係る複合スイッチ回路１０ｃを示す図である。複合スイッチ回路１０ｃは、スナバ回路ＳＣにおいて、コンデンサーＣ１およびリアクトルＬ１に、抵抗Ｒ１を加えて直列接続したものである。
第３変形例では、抵抗Ｒ１がダンピング抵抗として機能するので、スイッチング素子Ｕｎ１がスイッチングしたときに発生する振動を素早く減衰させて、共振を抑えることができる。
第３変形例では、抵抗Ｒ１がダンピング抵抗として機能するので、スイッチング素子Ｕｎ１がスイッチングしたときに発生する振動を素早く減衰させて、共振を抑えることができる。
【0035】
図７は、第４変形例に係る複合スイッチ回路１０ｄを示す図である。
遮断後においてスイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２、Ｕｎ３に印加される電圧を迅速にバランスさせるための電圧均衡素子を設けてもよい。電圧均衡素子としては、抵抗、コンデンサー、バリスタの単独または組み合わせを用いることができる。
図に示される複合スイッチ回路１０ｄは、スイッチング素子Ｕｎ１と並列にバランス用の抵抗ＲａおよびスナバコンデンサーとしてＣａが接続され、スイッチング素子Ｕｎ２と並列にバランス用の抵抗Ｒｂが接続され、スイッチング素子Ｕｎ３と並列にバランス用の抵抗Ｒｃが接続された例である。
遮断後においてスイッチング素子Ｕｎ１、Ｕｎ２、Ｕｎ３に印加される電圧を迅速にバランスさせるための電圧均衡素子を設けてもよい。電圧均衡素子としては、抵抗、コンデンサー、バリスタの単独または組み合わせを用いることができる。
図に示される複合スイッチ回路１０ｄは、スイッチング素子Ｕｎ１と並列にバランス用の抵抗ＲａおよびスナバコンデンサーとしてＣａが接続され、スイッチング素子Ｕｎ２と並列にバランス用の抵抗Ｒｂが接続され、スイッチング素子Ｕｎ３と並列にバランス用の抵抗Ｒｃが接続された例である。
【0036】
以上に例示した各種の形態から、例えば次のような態様が把握される。
【0037】
本開示のひとつの態様１に係る複合スイッチ回路は、直流電源に直列接続された複数のスイッチング素子と、前記複数のスイッチング素子の直列回路に並列接続されたスナバ回路と、を有し、前記複数のスイッチング素子のうち、少なくとも１つは自己消弧機能を有し、少なくとも１つは自己消弧機能を有さず、前記スナバ回路は、コンデンサーとインダクタンス成分との直列回路を含む。
態様１によれば、スイッチング素子の多段直列による高耐圧化を、自己消弧機能を有するスイッチング素子の数を減して実現することできるので、低コスト化、小型化して実現することが可能になる。
態様１によれば、スイッチング素子の多段直列による高耐圧化を、自己消弧機能を有するスイッチング素子の数を減して実現することできるので、低コスト化、小型化して実現することが可能になる。
【0038】
態様１の具体的な態様２において、前記直流電源の電圧がＥであり、前記直列接続された複数のスイッチング素子の個数がＮ（Ｎは２以上の整数）であれば、前記自己消弧機能を有するスイッチング素子の耐圧、および、前記自己消弧機能を有しないスイッチング素子の耐圧は、それぞれＥ／Ｎ以上Ｅ未満である。態様２によれば、直流電源の電圧Ｅに対して、スイッチング素子の各耐圧が、それぞれＥ／Ｎ以上Ｅ未満に抑えられる。
【0039】
態様１の具体的な態様３において、前記インダクタンス成分は、配線の寄生インダクタンスである。態様３によれば、スナバ回路に、部品としてのリアクトルを設けずに済むので、構成の簡略化および小型化を図ることができる。
【0040】
態様１または３の具体的な態様４において、前記複数のスイッチング素子に直列に接続されたリアクトルを有し、前記スナバ回路は、前記複数のスイッチング素子および前記リアクトルの直列回路に並列接続される。態様４によれば、自己消弧機能を有するスイッチング素子のターンオフ後において、リアクトルで誘起される電圧を、自己消弧機能を有しないスイッチング素子に、逆バイアスとして印加することができる。
【0041】
態様１の具体的な態様５において、前記スナバ回路は、前記コンデンサーとインダクタンス成分とに直列に接続された抵抗を含む。態様５によれば、抵抗がダインピング抵抗として機能するので、自己消弧機能を有するスイッチング素子がスイッチングしたときに発生する振動を素早く減衰させるので、共振を抑えることができる。
【0042】
態様１の具体的な態様６において、前記複数のスイッチング素子に、電圧均衡素子が並列接続される。態様６によれば、複数のスイッチング素子がオフ状態に移行したときに、スイッチング素子にバイアスされる電圧を迅速にバランスさせることが可能になる。なお、電圧均衡素子としては、抵抗、コンデンサー、バリスタの単独または組み合わせを用いることができる。
【符号の説明】
【0043】
１０…複合スイッチ回路、Ｕｎ１…（自己消弧機能を有する）スイッチング素子、Ｕｎ２、Ｕｎ３…（自己消弧機能を有しない）スイッチング素子、ＳＣ…スナバ回路、Ｌ１、Ｌ２…リアクトル、Ｃ１、Ｃａ…コンデンサー、Ｒ１、Ｒａ、Ｒｂ、Ｒｃ…抵抗。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】